JP2015175581A - 温水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】融点の異なる複数の潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置から、効率よく熱を取り出して温水を生成すること。【解決手段】潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）と熱媒体とが熱交換する蓄熱手段２が配設された熱媒体回路４を備え、蓄熱手段２は、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）を有し、熱媒体は、蓄熱手段２が保有する熱によって熱媒体を加熱する熱媒体を加熱する加熱運転において、蓄熱手段２を低融点側から高融点側へと流れ、加熱運転において、複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）のうち、相対的に融点の高い第１潜熱蓄熱材の相変化が、相対的に融点の低い第２潜熱蓄熱材の相変化と同時またはそれよりも後に終了するので、熱媒体を所定温度まで加熱する加熱運転において、低融点の潜熱蓄熱材が保有する潜熱を使い切ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱手段を備えた温水生成装置に関するものである。

従来、蓄熱装置として、異なる融点を持つ複数の潜熱蓄熱材を用い、蓄熱材を融点が高いものから低いものに、順に配置した蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この蓄熱装置は、蓄熱時には、流体を融点の高い蓄熱材から融点の低い蓄熱材へと流す。よって、蓄熱装置の内部で流体が蓄熱材に放熱し、流体の温度が低下しても、下流側の蓄熱材の融点が低いので、流体と蓄熱材の蓄熱温度との温度差を所定温度差に保つことができる。その結果、蓄熱装置の蓄熱量を増大させることができる。

また、この蓄熱装置は、放熱時、すなわち熱利用時には、流体を融点の低い蓄熱材から融点の高い蓄熱材へと流して所定温度の流体を生成する。よって、蓄熱材の内部で流体が蓄熱材から吸熱し、流体の温度が上昇しても、下流側の蓄熱材の融点が高いので、流体と蓄熱材の蓄熱温度との温度差を一定に保つことができる。その結果、流体の吸熱量を増大させることができる。

さらに、従来、蓄熱装置を用いた温水生成装置として、蓄熱装置に加えてヒートポンプ熱源を備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。

この温水生成装置は、蓄熱時には、ヒートポンプ熱源にて加熱した熱媒体を、高温蓄熱材、低温蓄熱材の順に流通させ、蓄熱材への蓄熱を行う。また、熱利用時には、熱媒体を低温蓄熱材、高温蓄熱材の順に流通させ、熱媒体を加熱する。加熱された熱媒体は、給湯端末などに供給される。

特開昭５８−３３０９７号公報 特許第３９０３８０４号公報

しかしながら、従来の構成では、放熱時に、融点の高い蓄熱材の相変化が終了した時点で、融点の低い蓄熱材に潜熱が残存している場合がある。これにより、融点の低い蓄熱材が保有する潜熱を十分に活用して温水を生成することができない。その結果、温水生成装置としての熱利用効率が低下してしまうという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、蓄熱手段に蓄熱された熱量を効率よく利用可能な温水生成装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の温水生成装置は、潜熱蓄熱材と熱媒体とが熱交換する蓄熱手段が配設された熱媒体回路を備え、前記蓄熱手段は、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材を有し、前記熱媒体は、前記蓄熱手段が保有する熱によって前記熱媒体を加熱する加熱運転において、前記複数の潜熱蓄熱材のうち融点の低い前記潜熱蓄熱材から融
点の高い前記潜熱蓄熱材へと順に熱交換をするように、前記蓄熱手段を流れ、前記加熱運転において、前記複数の潜熱蓄熱材のうち、相対的に融点の高い第１潜熱蓄熱材の相変化が、相対的に融点の低い第２潜熱蓄熱材の相変化と同時またはそれよりも後に終了することを特徴とするものである。

これにより、熱媒体を所定温度まで加熱する放熱時において、低融点の潜熱蓄熱材が保有する潜熱を使い切ることができる。

本発明によれば、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材を有する蓄熱手段を用いた温水生成装置において、蓄熱手段に蓄熱された熱量を効率よく利用することができる。

本発明の実施の形態１における温水生成装置の概略構成図 同温水生成装置における蓄熱運転時の高融点蓄熱材の入口温度及び低融点蓄熱材の出口温度の変化を示すグラフ

第１の発明は、潜熱蓄熱材と熱媒体とが熱交換する蓄熱手段が配設された熱媒体回路を備え、前記蓄熱手段は、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材を有し、前記熱媒体は、前記蓄熱手段が保有する熱によって前記熱媒体を加熱する加熱運転において、前記複数の潜熱蓄熱材のうち融点の低い前記潜熱蓄熱材から融点の高い前記潜熱蓄熱材へと順に熱交換をするように、前記蓄熱手段を流れ、前記加熱運転において、前記複数の潜熱蓄熱材のうち、相対的に融点の高い第１潜熱蓄熱材の相変化が、相対的に融点の低い第２潜熱蓄熱材の相変化と同時またはそれよりも後に終了することを特徴とする温水生成装置である。

これにより、熱媒体を所定温度まで加熱する放熱時において、低融点の潜熱蓄熱材が保有する潜熱を使い切ることができる。その結果、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材を有する蓄熱手段を用いた温水生成装置において、蓄熱手段に蓄熱された熱量を効率よく利用することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記第１潜熱蓄熱材の蓄熱容量をＱｈ、前記第２潜熱蓄熱材の蓄熱容量をＱｌとし、前記加熱運転における、前記第１潜熱蓄熱材と前記熱媒体との単位時間当たりの熱交換量をＰｈ、前記第２潜熱蓄熱材と前記熱媒体との単位時間当たりの熱交換量をＰｌとしたとき、Ｑｈ／Ｐｈ≧Ｑｌ／Ｐｌであることを特徴とするものである。

ここで、蓄熱材の蓄熱容量は、潜熱蓄熱材の潜熱比熱と重量との積である。また、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の単位時間当たりの熱交換量は、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱面積、及び、潜熱蓄熱材の入口の熱媒体の温度と出口の熱媒体の温度との温度差により決定される。したがって、加熱運転における熱媒体の流量に応じて、蓄熱手段の仕様を、Ｑｈ／Ｐｈ≧Ｑｌ／Ｐｌを満足するように決定することができる。

その結果、放熱時（加熱運転）において、低融点の潜熱蓄熱材が保有する潜熱を使い切ることができる。その結果、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材を有する蓄熱手段を用いた温水生成装置において、蓄熱手段に蓄熱された熱量を効率よく利用することができる。

なお、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の単位時間当たりの熱交換量は、当該潜熱蓄熱材の融点と、それよりも下流側の潜熱蓄熱材の融点との温度差によって決定されてもよい。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における温水生成装置の構成図である。この温水生成装置は、熱媒体として水が循環する熱媒体回路４と、熱媒体を加熱する加熱手段８とを備えている。また、熱媒体回路４には、融点が異なる複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）を有する蓄熱手段２が設けられている。蓄熱手段２と熱媒体とが熱交換することで、蓄熱手段２への蓄熱、及び、熱媒体の加熱が行われる。この温水生成装置は、熱媒体回路４を構成する給水配管１２から供給された水を加熱手段８および／または蓄熱手段２によって加熱して温水を生成することができる。生成された温水は、蓄熱手段２への蓄熱に用いることができる。また、生成された温水は、熱媒体回路４を構成する給湯配管１３から、カラン、浴槽、暖房端末等の熱利用端末に供給される。

本実施の形態における加熱手段８は、圧縮機７、熱媒体熱交換器３、減圧手段（膨張弁）５、熱源側熱交換器６が順に冷媒配管で環状に接続されて構成されたヒートポンプ装置である。熱媒体熱交換器３は、冷媒が流れる冷媒流路（図示せず）と熱媒体が流れる熱媒体流路（図示せず）とを備えている。熱媒体熱交換器３において、冷媒流路を流れる冷媒と熱媒体流路を流れる熱媒体とが熱交換を行う。熱源側熱交換器６は、蒸発器として機能する。本実施の形態において、熱源側熱交換器６は、ヒートポンプ装置を流れる冷媒と空気とが熱交換する空気熱交換器である。本実施の形態の加熱手段８は、熱源側熱交換器６に送風するためのファン（図示せず）を備えている。冷媒としては、二酸化炭素やＨＦＣ冷媒が用いられる。

なお、加熱手段８としては、熱媒体を加熱する機能を有するものであればヒートポンプ装置に限られない。加熱手段８には、例えば、燃焼機や電気ヒータを用いることができる。

熱媒体回路４は、蓄熱手段２、熱媒体熱交換器３、流量調整手段（１０、１１）が水配管（１２〜１５）によって接続されて構成されている。熱媒体回路４は、一端から水道管から水が流入する給水配管１２と、一端から浴槽やカラン等の給湯端末（図示せず）、または、床暖房パネル等の暖房端末（図示せず）等の熱利用端末に温水を供給する給湯配管１３とを備えている。さらに、熱媒体回路４は、熱媒体熱交換器３が配設される加熱配管１４と、蓄熱手段２が配設される蓄熱配管１５とを備えている。

給水配管１２の他端は、第１流量調整手段１０に接続されている。第１流量調整手段１０には、加熱配管１４の一端と蓄熱配管１５の一端とが接続されている。給湯配管１３の他端は、第２流量調整手段１１に接続されている。第２流量調整手段１１には、加熱配管１４の他端と蓄熱配管１５の他端とが接続されている。これにより、給水配管１２と給湯配管１３との間で、熱媒体熱交換器３と蓄熱手段２とは並列に配置される。また、加熱配管１４と蓄熱配管１５とは、流量調整手段（１０、１１）を介して環状に接続されて蓄熱回路を形成する。蓄熱回路には、熱媒体を循環させるポンプ（図示せず）が設けられる。ポンプは蓄熱回路のうち、第１流量調整手段１０と熱媒体熱交換器３との間の加熱配管１４に設けられていることが好ましい。

第１流量調整手段１０は、給水配管１２、加熱配管１４、蓄熱配管１５を流れる水の流量を調整する。また、第２流量調整弁１１は、加熱配管１４、蓄熱配管１５、給湯配管１３を流れる水の流量を調整する。本実施の形態では、第１流量調整手段１０及び第２流量調整手段１１として、流量調整弁を用いている。

蓄熱手段２は、融点が異なる複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、熱媒体が流れる熱媒体流路を有し、熱媒体と潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）とが熱交換を行うものである。蓄熱手段２が保有する熱量により、熱媒体を加熱することができる。また、加熱された熱媒体によって蓄熱手段２に蓄熱することができる。

本実施の形態の蓄熱手段２は、融点が異なる３つの潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）を有している。潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）としては、例えば、チオ硫酸ナトリウム５水和物、酢酸ナトリウム３水和物、硫酸ナトリウム１０水和物、硫酸ナトリウムｎ水和物（但し、ｎ：整数、ｎ＞１０）を用いることができる。なお、チオ硫酸ナトリウム５水和物の融点は４８℃、硫酸ナトリウム１０水和物の融点は３２℃である。なお、蓄熱手段２は、少なくとも融点の異なる２つの潜熱蓄熱材を用いて構成されていればよく、融点の異なる３つ以上の潜熱蓄熱材を用いて構成されていてもよい。なお、熱利用端末へと湯水を供給する温水生成装置として用いる場合、潜熱蓄熱材１ａとして、融点が５８℃の酢酸ナトリウム３水和物を用いることが好ましい。

３つの潜熱蓄熱材は、最も融点の高い高融点潜熱蓄熱材１ａが第２流量調整弁１１側に、最も融点の低い低融点潜熱蓄熱材１ｃが第１流量調整弁１０側に配置されている。高融点蓄熱材１ａと低融点蓄熱材１ｃとの間には、高融点蓄熱材１ａよりも融点が低く、低融点蓄熱材１ｃよりも融点が高い、中融点蓄熱材１ｂが配置されている。すなわち、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、融点の高いものから低いものに順に配置されている。これにより、熱媒体は、融点が異なる複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）を融点の順に流れる。

次に、温水生成装置の動作について説明する。この温水生成装置は、加熱手段８で水を加熱して温水を生成し、生成された温水によって蓄熱手段１５に蓄熱する蓄熱運転を実行することができる。また、この温水生成装置は、温水を生成する複数の加熱運転を実行することができる。複数の加熱運転は、蓄熱手段１５によって水を加熱する第１加熱運転、加熱手段８と蓄熱手段１５との双方を用いて水を加熱する第２加熱運転を含む。

蓄熱運転において、制御装置（図示せず）は、図１の破線矢印の方向に水が流れるように第１流量調整弁１０と第２流量調整弁１１を制御する。これにより、水は、加熱配管１４と蓄熱配管１５とが環状に接続された蓄熱回路を循環する。

また、蓄熱運転において、制御装置は、圧縮機７、減圧手段５、ファンを制御して、熱媒体熱交換器３に高温高圧の冷媒を供給する。

熱媒体熱交換器３で高温高圧の冷媒と熱交換して生成された温水は、加熱配管１４を流れ、第２流量調整弁１１を介して蓄熱配管１５に流入する。蓄熱配管１５を流れる温水は、蓄熱手段２において、高融点蓄熱材１ａ、中融点蓄熱材１ｂ、低融点蓄熱材１ｃと順に熱交換する。これにより、それぞれの潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）に蓄熱が行われる。蓄熱手段２を流れる間に潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）に放熱して温度が低下した水は、第１流量調整弁を介して加熱配管１４に流入し、熱媒体熱交換器３にて、再度加熱され温水となる。以上のような動作が繰り返されることで蓄熱手段への蓄熱が行われる。

蓄熱手段２に蓄熱された熱を用いて水を加熱し、温水を生成する第１加熱運転において、制御装置は、図１の実践矢印の方向に水が流れるように、第１流量調整弁１０と第２流量調整弁１１とを制御する。これにより、水は、給水配管１２、蓄熱配管１５、給湯配管１３を順に流れる。蓄熱配管１５を流れる水は、蓄熱手段２において、低融点蓄熱材１ｃ、中融点蓄熱材１ｂ、高融点蓄熱材１ａと順に熱交換して加熱される。蓄熱手段２で加熱されて生成された温水は、第２流量調整弁１１を介して給湯配管１３へと流れ、熱利用端
末へと供給される。

加熱手段８と蓄熱手段１５との双方を用いて水を加熱し、温水を生成する第２加熱運転において、制御装置は、図１の一点鎖線矢印の方向に水が流れるように第１流量調整弁１０と第２流量調整弁とを制御する。これにより、給水配管１２を流れた水は、加熱配管１４と蓄熱配管１５との双方に分岐して流れる。加熱配管１４を流れる水は加熱手段８で加熱されて温水となり、蓄熱配管１５を流れる水は蓄熱手段で加熱されて温水となる。加熱手段８で生成された温水と、蓄熱手段２で生成された温水とは、第２流量調整手段１１で混合され、給湯配管１３に流入する。

ここで、複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）のそれぞれは、蓄熱運転及び第１加熱運転において、水の流れ方向に対して上流側の潜熱蓄熱材の相変化が下流側の潜熱蓄熱材の相変化よりも前に終了するように構成されている。

すなわち、蓄熱運転において、複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）のそれぞれは、融点の低い潜熱蓄熱材の相変化が、融点の高い潜熱蓄熱材の相変化と同時またはそれよりも後に終了するように構成されている。また、第１加熱運転において、複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）のそれぞれは、融点の高い潜熱蓄熱材の相変化が、融点の低い潜熱蓄熱材の相変化と同時またはそれよりも後に終了するように構成されている。また、第２加熱運転において、複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）のそれぞれは、融点の高い潜熱蓄熱材の相変化が、融点の低い潜熱蓄熱材の相変化と同時またはそれよりも後に終了するように構成されている。

具体的には、複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、蓄熱運転及び第１加熱運転において、下記の数式１を満たすように構成されている。

ここで、ｎ：水の流れ方向においてｎ番目に配置された潜熱蓄熱材、ρ：潜熱蓄熱材の密度ｋｇ／Ｌ、Ｖ：潜熱蓄熱材の容量Ｌ、ΔＨ：潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱ｋＪ／ｋｇ、Ｇ：水の重量流量ｋｇ／ｈ、Ｃｐ：水の比熱ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）、Ｔｉ：潜熱蓄熱材の入口の水温℃、Ｔｏ：潜熱蓄熱材の出口の水温℃である。なお、蓄熱手段２において、潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、順にならんで配置されている。したがって、ｎ番目の潜熱蓄熱材の出口温度Ｔｏｎとｎ＋１番目の潜熱蓄熱材の入口温度Ｔｉｎ＋１は等しくなる。

潜熱蓄熱材の潜熱ΔＨと重量ρＶとの積は、蓄熱材の蓄熱容量Ｑを示す。また、水の重量流量Ｇと水の比熱Ｃｐ、及び、潜熱蓄熱材の入口の水の温度（入口温度）と出口の水の温度（出口温度）との温度差Ｔｉ−Ｔｏの積は、熱媒体と潜熱蓄熱材の間の単位時間当たりの熱交換量Ｐを示す。なお、潜熱蓄熱材と熱媒体との単位時間当たりの熱交換量は、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱面積や、潜熱蓄熱材の材料及び熱媒体流路の形状によって調整できる。

以上から、数式１の左辺及び右辺は、潜熱蓄熱材の蓄熱容量Ｑを単位時間当たりの熱交
換量Ｐで除した値であって、潜熱蓄熱材の相変化が終了するまでの時間を示している。数式１を満たすことにより、蓄熱手段２において隣接する２つの潜熱蓄熱材は、蓄熱手段２を流れる水の流れ方向に対して、上流側の相変化が先に終了する。蓄熱手段２を構成する潜熱蓄熱材のそれぞれを、数式１の関係を満たすように構成すると、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）の相変化が、水の流れ方向に対して上流側から順に終了していく。これにより、各潜熱蓄熱材の蓄熱量を有効に使用しながら、蓄熱運転及び第１加熱運転を実行することができる。

ここで、隣接した２つの潜熱蓄熱材において、融点の高い方の第１潜熱蓄熱材の蓄熱容量をＱｈ、融点の低い方の第２潜熱蓄熱材の蓄熱容量をＱｌとする。また、蓄熱運転又は第１加熱運転での、第１潜熱蓄熱材と水との単位時間当たりの熱交換量をＰｈ、第２潜熱蓄熱材と水との単位時間当たりの熱交換量をＰｌとする。蓄熱運転においては、Ｑｈ／Ｐｈ≦Ｑｌ／Ｐｌが成り立つことが好ましい。これにより、本実施の形態の温水生成装置では、蓄熱運転において、低融点蓄熱材１ｃの融解時間が最も長くなる。また、第１加熱運転においては、Ｑｌ／Ｐｌ≦Ｑｈ／Ｐｈが成り立つことが好ましい。これにより、本実施の形態の温水生成装置では、第１加熱運転において、高融点蓄熱材１ａの凝固時間が最も長くなる。

なお、３つ以上の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）を用いて蓄熱手段２を構成した場合には、水の流れ方向に対して最も下流側の潜熱蓄熱材よりも上流側の潜熱蓄熱材を、下記の数式を満たすように構成してもよい。

ここで、Ｔｍ：潜熱蓄熱材の融点℃である。すなわち、潜熱蓄熱材の潜熱ΔＨと重量ρＶとの積は、蓄熱材の蓄熱容量Ｑを示す。また、水の重量流量Ｇと水の比熱Ｃｐ、及び、潜熱蓄熱材の融点の温度差の積は、熱媒体と潜熱蓄熱材の間の単位時間当たりの熱交換量Ｐ´を示す。以上から、数式２の左辺及び右辺は、潜熱蓄熱材の蓄熱容量Ｑを単位時間当たりの熱交換量Ｐ´で除した値であって、潜熱蓄熱材の相変化が終了するまでの時間を示している。

上記数式１又は数式２の条件を満足するために、本実施の形態の蓄熱手段２は、高融点蓄熱材１ａとして、融点５８℃の酢酸ナトリウム３水和物を用いた。また、中融点蓄熱材１ｂとして、融点３２℃の硫酸ナトリウム１０水和物を用いた。さらに、低融点蓄熱材１ｃとして、融点２０℃の硫酸ナトリウム１０水和物と添加剤との混合物を用いた。また、潜熱蓄熱材の総体積を１としたとき、高融点蓄熱材１ａ、中融点蓄熱材１ｂ、低融点蓄熱材１ｃが占める体積割合を、それぞれ、３８ｖｏｌ％、３８ｖｏｌ％、２４ｖｏｌ％とした。また、高融点蓄熱材１ａの蓄熱容量Ｑａは約２６４ｋＪ／ｋｇ、中融点蓄熱材１ｂの蓄熱容量Ｑｂと低融点蓄熱材１ｃの蓄熱容量Ｑｃは約２５１ｋＪ／ｋｇとした。

図２は、上記蓄熱手段２を用いて蓄熱運転を行い、蓄熱完了後放熱運転（第１加熱運転）に切り替えた場合の温度変化を示す。なお、蓄熱運転は蓄熱手段２の高融点蓄熱材１ａに流入する水の入口温度を９０℃とし、低融点蓄熱材１ｃから流出する水の出口温度が６０℃に達するまで行い、第一加熱運転は低融点蓄熱材１ｃに流入する水の入口温度を１０℃とし、高融点蓄熱材１ａから流出する水の温度が４０℃になるまで行った。

蓄熱時には、次のような温度変化を示す。まず、蓄熱運転時に最も上流側となる高融点蓄熱材１ａが、湯水の流入とともに顕熱蓄熱しながら温度上昇するので高融点蓄熱材１ａの出口温度も上昇していく。高融点蓄熱材１ａが潜熱蓄熱領域に入ると温度上昇がなくなるので、高融点蓄熱材１ａの上流側から潜熱領域に入り、やがて高融点蓄熱材１ａ全体が潜熱蓄熱領域に入ると温度変化がなくなるため、高融点蓄熱材１ａの出口温度の上昇もなくなる。このとき蓄熱が効率よく進んでいれば、高融点蓄熱材１ａの出口温度は高融点蓄熱材１ａの融点と同等になる。さらに蓄熱が進むと、高融点蓄熱材１ａは、相変化が終了して（時刻Ｔｈ１）、潜熱蓄熱領域から顕熱蓄熱領域に入り、上流側から再び温度上昇し始め、それに伴い高融点蓄熱材１ａの出口温度も上昇する。

中融点蓄熱材１ｂも、高融点蓄熱材１ａと同様の過程を経るが、中融点蓄熱材１ｂに流入する熱媒体（水）は、高融点蓄熱材１ａへの放熱後の水であるため、その温度（入口温度）は、高融点蓄熱材１ａの出口温度に応じて徐々に上昇する。したがって、中融点蓄熱材１ｂが、潜熱領域に到達するのは、高融点蓄熱材１ａ全体が潜熱蓄熱領域に到達した後である。よって、その間、中融点蓄熱材１ｂの顕熱蓄熱領域での温度上昇速度は小さい。その後、中融点蓄熱材１ｂは、潜熱蓄熱領域へと移行し、出口温度が一定となる。その後、再び顕蓄熱領域に入り、温度上昇していくが、高融点蓄熱材１ａよりも相変化が終了（時刻Ｔｍ１）する時間は遅い。

低融点蓄熱材１ｃについても同様に、潜熱蓄熱領域へと移行するのは、中融点蓄熱材１ｂが潜熱蓄熱領域へと移行した後である。また、低融点蓄熱材１ｃの相変化が終了（Ｔｌ１）するのは、中融点蓄熱材１ｂの相変化が終了するよりも後になる。

その結果、低融点蓄熱材側１ｃの出口における熱媒体（水）の温度は、潜熱領域での蓄熱が完了する約９０分まで低融点蓄熱材１ｃの融点程度の温度に保たれる。その後、低融点蓄熱材１ｃの相変化が終了すると低融点蓄熱材１ｃの出口の熱媒体（水）の温度が上昇し始め、低融点蓄熱材１ｃの出口の熱媒体の温度が６０℃に到達して蓄熱が完了する。なお、蓄熱運転終了時において、低融点蓄熱材１ｃの出口温度が６０℃以上となっているのは、ポンプを停止させて熱媒体回路４内の熱媒体（水）の循環を停止させても、多少量の熱媒体（水）がさらに循環し、また、低融点蓄熱材１ｃが設けられた蓄熱配管１５の流路内に熱媒体が残存するので、熱交換が行われるためである。 蓄熱過程において、低融点蓄熱材１ｃより、中融点蓄熱材１ｂまたは高融点蓄熱材１ａが融解（相変化）する時間が長ければ、蓄熱手段２の低融点蓄熱材１ｃの出口温度が低融点蓄熱材１ｃの融点と同等の温度から上昇した後、中融点蓄熱材１ｂまたは高融点蓄熱材１ａの融点と同等の温度で温度上昇勾配が緩くなるという現象が見られるはずであり、この結果は、蓄熱手段低融点側出口温度が低融点蓄熱材１ｃの融点とほぼ同等の温度の状態を長く保つことができていることを示している。

これにより、図２に示すように、高融点蓄熱材１ａ、中融点蓄熱材１ｂ、低融点蓄熱材１ｃの相変化が終了時刻Ｔｈ１、Ｔｍ１、Ｔｌ１はこの順に並ぶ。

一方、放熱時、すなわち、湯を生成する加熱運転時には、蓄熱運転時とは逆に低融点蓄熱材１ｃ側から高融点蓄熱材１ａへと順に熱媒体を流通させる。一般に温水使用時には需要に応じた流量で水を流通させるので、流量を蓄熱時の１０倍としている。

この時、まず低融点蓄熱材１ｃが急激に放熱して潜熱領域に入る。そのため、低融点蓄熱材１ｃの出口温度は急激に低下する。潜熱領域に入ると温度勾配が小さくなり、相変化が終了（時刻Ｔｌ２）すると、再び顕熱領域となって急激な温度低下が始まる。

中融点蓄熱材１ｂには低融点蓄熱材１ｃの放熱によって加熱された水が流入するので、
その温度低下は低融点蓄熱材１ｃよりも緩やかとなる。その後、低融点蓄熱材１ｃより遅れて潜熱領域に入る。低融点蓄熱材１ｃによる水への放熱があるので、潜熱領域（相変化）の終了（時刻Ｔｍ２）も低融点蓄熱材１ｃの相変化よりも遅い。その後、再び顕熱領域となって温度が低下する。

高融点蓄熱材１ａには低融点蓄熱材１ｃ及び中融点蓄熱材１ｂによる放熱によって温度上昇した水が流入するため、その温度低下はさらに遅くなる。したがって、潜熱領域（相変化）の終了（時刻Ｔｈ２）も、時刻Ｔｍ２よりも遅い。その後、再び顕熱領域となって温度が低下する。

このように、蓄熱手段４の高融点蓄熱材１ａの出口温度を、高融点蓄熱材１ａの融点以上の温度に長く保つことができる。よって、熱利用端末に湯水を長い時間供給できる。

以上のように、本発明の温水生成装置は、蓄熱手段２の水の流れ方向に対して、上流側の潜熱蓄熱材から順に相変化が終了するように構成される。

したがって、蓄熱運転において、複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）のうち、最も融点の低い潜熱蓄熱材１ｃの相変化が最後に終了する。これにより、熱媒体の保有する熱によって蓄熱する蓄熱運転において、熱媒体が保有する熱を高温域から低温域まで無駄なく熱媒体に蓄熱することができる。その結果、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材（１ａ、１ｂ、１ｃ）を有する蓄熱手段４を用いた温水生成装置において、蓄熱手段４に効率よく蓄熱することができる
また、蓄熱運転において、蓄熱手段２から流出する水の温度を低く保つことができる。よって、加熱手段（ヒートポンプ装置）８に流入する水の温度を低く保ちことができる。その結果、熱媒体熱交換器３におけるエンタルピー差を増大させることができ、ＣＯＰが向上する。

また、第１加熱運転において、複数の潜熱蓄熱材のうち、最も融点の高い潜熱蓄熱材１ａの相変化が最後に終了する。これにより、低融点の潜熱蓄熱材（１ｂ、１ｃ）が保有する潜熱を使い切ることができる。よって、蓄熱手段２に蓄熱された熱量を効率よく利用することができる。その結果、熱利用端末に対して、最後まで温度の高い湯水を供給することができる。なお、第２加熱運転においても、第１加熱運転と同様に、複数の潜熱蓄熱材のうち、最も融点の高い潜熱蓄熱材１ａの相変化が最後に終了するように構成されていることが好ましい。

なお、本実施の形態においては、蓄熱運転及び第１加熱運転において、蓄熱手段２の水の流れ方向に対して、上流側から下流側に向かって順に相変化が終了するように構成している。しかしながら、少なくとも、最も下流側の潜熱蓄熱材の相変化が、最後に終了するように構成されていればよい。よって、融点が異なる３つ以上の潜熱蓄熱材を用いて蓄熱手段２を構成した場合には、少なくとも、最も下流側の２つの潜熱蓄熱材の間で、数式１の関係が満たされるように構成されていればよい。

本発明にかかる温水生成装置は、潜熱蓄熱材を用いた蓄熱手段から効率よく熱を取り出して利用することができるので、家庭用、業務用の給湯装置、温水暖房装置として適用することができる。

１ａ 高融点蓄熱材
１ｂ 中融点蓄熱材
１ｃ 低融点蓄熱材
２ 蓄熱手段
３ 熱媒体熱交換器
４ 熱媒体回路
５ 減圧手段（膨張弁）
６ 熱源側熱交換器
７ 圧縮機
８ 加熱手段（ヒートポンプ装置）
１０ 第１流量設定手段
１１ 第２流量設定手段
１２ 給水配管
１３ 給湯配管
１４ 加熱配管
１５ 蓄熱配管

Claims (2)

1. 潜熱蓄熱材と熱媒体とが熱交換する蓄熱手段が配設された熱媒体回路を備え、
   前記蓄熱手段は、融点の異なる複数の潜熱蓄熱材を有し、
   前記熱媒体は、前記蓄熱手段が保有する熱によって前記熱媒体を加熱する加熱運転において、前記複数の潜熱蓄熱材のうち融点の低い前記潜熱蓄熱材から融点の高い前記潜熱蓄熱材へと順に熱交換をするように、前記蓄熱手段を流れ、
   前記加熱運転において、前記複数の潜熱蓄熱材のうち、相対的に融点の高い第１潜熱蓄熱材の相変化が、相対的に融点の低い第２潜熱蓄熱材の相変化と同時またはそれよりも後に終了することを特徴とする温水生成装置。
2. 前記第１潜熱蓄熱材の蓄熱容量をＱｈ、前記第２潜熱蓄熱材の蓄熱容量をＱｌとし、
   前記加熱運転における、前記第１潜熱蓄熱材と前記熱媒体との単位時間当たりの熱交換量をＰｈ、前記第２潜熱蓄熱材と前記熱媒体との単位時間当たりの熱交換量をＰｌとしたとき、
   Ｑｈ／Ｐｈ≧Ｑｌ／Ｐｌであることを特徴とする請求項１に記載の温水生成装置。